IMPREGNASI KAYU KELAPA SAWIT DENGAN POLIVINIL
KLORIDA KOMERSIL
Syamsul Bachri Lubis
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Sumatera Utara
Jl. Bioteknologi No. 1 Kampus USU Medan 20155
Abstrak
Impregnasi larutan polivinil klorida komersil (PVC) yang dimodifikasi dengan asam akrilat, benzoil peroksida dan pelarut tetra hidrofuran (THF), kedalam kayu kelapa sawit (KKS) mengakibatkan sifat mekanis KKS bertambah. Proses impregnasi dilakukan dengan kondisi tekanan, suhu dan waktu yang optimum. KKS hasil impregnasi diamati menggunakan Uji Sifat Mekanis, Mikroskopi Elektron Payaran (SEM), Analisis Termal Diferensial, Spektroskopi Infra Merah Fourier Transform (FT-IR) dan X-ray dari spesimen KKS terimpregnasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan KKS terimpregnasi resin polivinil klorida meningkat. Resin polivinil klorida didalam spesimen KKS berfungsi sebagai pengisi dan pengikat antara serat kayu.
Kata kunci: Impregnasi, polivinil klorida.
PENDAHULUAN
Potensi Kayu Kelapa Sawit (KKS) di Indonesia cukup besar dalam 1 Ha kerapatan penanaman kelapa sawit 130 – 143 pohon dan pada saat peremajaan terdapat 117 pohon per Ha. Diperkirakan pada tahun 1992 – 2007 ada 1,7 juta pohon yang ditebang setiap tahun atau setara dengan 0,85 juta ton kayu kering pada tahun 2008 – 2015, jumlah pohon tua yang ditebang mencapai 11,7 juta pohon per tahun atau setara dengan 5,58 juta ton kayu kering. Jadi ketersediaan KKS akan terus ada sepanjang tahun karena peremajaan tanaman kelapa sawit dilakukan secara terus menerus.
Kayu kelapa sawit sampai saat ini belum dimanfaatkan secara ekonomis karena kualitasnya yang rendah, tidak homogen, mudah rusak oleh pengaruh cahaya dan serangga, cepat berjamur dan busuk, mudah retak, bengkok dan pecah sehingga pengerjaanya sulit.
Kayu kelapa sawit mempunyai kandungan selulosa dan lignin rendah, kandungan air dan NaOH yang dapat larut lebih tinggi dibandingkan kayu karpet dan ampas tebu. Semakin ke atas dan ke dalam, kadar air dan kandungan parenkim semakin tinggi sedangkan kerapatannya menurun. Kadar air KKS segar sekitar 65%, dan kerapatannya dari
0,2 – 0,6 g/ml dengan kerapatan rata-rata 0,37 g/ml.
dengan kelas kuat golongan tiga, tetapi impregnasi ini dilakukan pada temperatur tinggi yang mengakibatkan kayu rusak. Berdasarkan informasi di atas dicoba dimodifikasi KKS dengan teknik impregnasi reaktif dengan menggunakan resin polivinil klorida.
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Bahan
Resin Polivinil Klorida (PVC), Tetra Hidro Furan (THF), Benzoil Peroksida, Asam Akrilat dari E. Merck sedangkan Kayu Kelapa Sawit (KKS) diperoleh dari perkebunan Aek Pancur, PPKS medan yang sudah berumur 25 tahun ditebang, kemudian dipotong melintang pada ketinggian 6 meter dari dasar pohon sepanjang 1 meter. Potongan kayu tersebut dibelah menjadi bentuk papan dengan ukuran panjang 15 cm, lebar 12 cm dan tebal 1 cm sesuai dengan ASTM.
Alat
Refluks, Chamber impregnator, Uji Tarik dan Uji Kelenturan (MFG SC-2 DE), Difraksi Sinar X (PW 1729 X-ray), Scanning Electron Microscopy (SEM) (ASM-S).
Penyediaan Resin Pengimpregnasi.
Ke dalam alat refluks dimasukkan pelarut tetra hidro furan (THF), kemudian diaduk dengan pengaduk magnet pada suhu kamar, dimasukkan sedikit demi sedikit serbuk polivinil klorida (PVC), benzoil peroksida (BPO) 0.01 gram dan pengadukan diteruskan selama 1 jam sampai campuran homogen dan ditambahkan asam akrilat, campuran direfluks pada temperatur 60 – 70oC selama 2 jam sampai diperoleh larutan yang homogen. Selanjutnya resin dibuat masing-masing 10, 20, dan 30%. FT-IR Resin PVC. V 2974.0, 2912.3, 2815.9, 1724.2, 1253, 1195.8, 1064.6, 1095.5, 617.2.
Impregnasi Kayu Kelapa Sawit.
Spesimen KKS yang telah diimpregnasi dipotong-potong dengan ukuran 2 x 3 cm dan dibungkus dengan kertas saring, kemudian dimasukkan ke dalam soklet. Ekstraksi dilakukan dengan menggunakan pelarut n-heksan pada suhu 65 – 70 oC selama 24 jam untuk melihat apakah resin dapat terekstrak dari KKS. Selanjutnya KKS hasil ekstraksi dikarakterisasi dengan menggunakan spektroskopi FT-IR. FT-IR KKS Awal v 3421.5, 1045.3, 1245.9, 1608.5, 2927.7, 1377.1.
FT-IR KKS setelah Impregnasi v 3425.3, 1212.3, 1720.4, 1635.5, 1056.9, 1245.9, 898.8 – 825.5, 613.3. FT-IR Impregnasi yang diekstraksi dengan n-Heksana v. 3425.3, 2912.3, 1724.2, 160.5, 1249, 1056.9, 898.8 – 837.0, 613.3.
Pembuatan Film Spesimen Resin PVC. Sebanyak 2,5 gram resin diletakkan diantara 2 lempeng stainless steell ukuran 12 x 15 cm, yang terlebih dahulu dilapisi dengan aluminium foil. Lempengan kemudian diletakkan di atas mesin pencetak tekan. Selanjutnya kepada lempengan aluminium diberi tekanan 90 KN selama 2 menit. Setelah itu kedua lempengan aluminium segera diambil dan didinginkan dan diuji dengan Uji Kekuatan Tarik dan Kemuluran, Analisys Thermal Differential (DTA), Analisis Spektroskopi Infra Merah (FT-IR), Analisis Difraksi Sinar – X (XRD) dan Uji Mikroskop Elektron Payaran (SEM)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Kayu Kelapa Sawit (KKS) sebelum Impregnasi.
Sampel KKS diambil pada ketinggian 10 meter dari permukaan tanah dan bagian pinggir (periperal) KKS dibentuk menjadi spesimen, dikeringkan pada suhu kamar, dipotong-potong membentuk spesimen impregnasi dan dikeringkan pada temperatur 40oC selama 48 jam sampai beratnya tetap. KKS dikarakterisasi meliputi rapat massa (0.38 g/cm), Modulus Elastisitas (12469.46 Kg/cm2), dan Modulus Patah (117.00 Kg/cm2). Dari data ini di mana rapat massa KKS hanya berada pada kelas IV, sedangkan harga MoE dan MoR KKS belum dapat diklasifikasikan ke dalam mutu kayu manapun. Klasifikasi kayu ini disesuaikan dengan Standar Nasional Indonesia (SNI 03 3527-1994).
Karakterisasi Polivinil Klorida
Resin yang digunakan untuk impregnasi KKS adalah polivinil klorida komersial dengan karateristik Suhu leleh 170oC, MoE 13350 Kg/cm2 dan MoR 232 Kg/cm2.
KKS Hasil Impregnasi Optimasi Impregnasi
impregnasi yang tepat menyebabkan tidak terjadinya kekurangan resin impregnasi ke dalam KKS atau kelebihan waktu yang mengakibatkan resin akan mengental.
Hasil penelitian terhadap tekanan (P) optimum, waktu (t) optimum dan Resin Optimum impregnasi KKS dengan uji lentur, harga MoR dan MoE adalah pada kondisi Tekanan 1 Kg/cm2, Waktu 60 menit dan Konsentrasi Resin 20%(b/v) yang memperoleh harga MoR, MoE dan Rapat Massa terbesar berturut-turut yaitu 509.6 Kg/cm2, 38.02 Kg/cm2 dan 0.63.
Table 1. Karakteristik KKS Awal sebelum Impregnasi dan KKS Hasil Impregnasi
Karakteristik KKS Sebelum
Impregnasi
KKS Hasil Impregnasi
Rapat Massa 0.38 0.63
MoR 117.00 Kg/cm2 509.6 Kg/cm2
MoE 12469.46 Kg/cm2 3802.00
Kg/cm2
Dari data-data pada tabel 1 dapat dilihat bahwa harga MoR dan MoE rata-rata KKS hasil impregnasi naik dari harga MoR dan MoE rata-rata KKS sebelum Impregnasi, sehingga resin tersebut dapat digunakan secara mekanik untuk mengimpregnasi KKS agar menghasilkan KKS yang sifat mekaniknya lebih baik dari sebelumnya. Secara mekanik kekuatan KKS setelah impregnasi bertambah, hal ini terjadi karena resin telah terimpregnasi ke dalam KKS, sehingga resin tersebut memberikan sifat mekanik yang baru kepada KKS yakni sifat MoR dan MoE yang lebih kuat dari sebelumnya yang membuktikan bahwa KKS terimpregnasi oleh resin. Merujuk SNI 1994 tentang mutu kayu berdasarkan rapat massanya maka KKS hasil impregnasi dapat dikategorikan ke dalam mutu kayu kelas III, sedangkan bila ditinjau dari kenaikan harga MoR maka KKS hasil impregnasi dapat digolongkan ke dalam mutu kayu antara kelas III dan kelas II dan jika ditinjau dari harga MoE, KKS hasil impregnasi tidak mengalami kenaikan kelas, namun kenaikan ini cukup berarti.
Analisis FT-IR
Resin pengimpregnasi terdiri dari campuran polivinil klorida, asam akrilat dan benzoil peroksida. Dari spektra resin polivinil klorida terlihat bahwa polivinil klorida memiliki bilangan gelombang yang khas untuk C-H yakni pada 2874.01 cm-1, 2912.3 cm-1, serapan yang tajam berubah menjadi 2912.3 cm-1 serapan yang kecil pada KKS setelah impregnasi. Dan
ikatan C-Cl pada bilangan gelomban 617 cm-1 yang tajam pada resin PVC menjadi 613.3 cm-1 serapan yang kecil pada KKS hasil impregnasi. Spektrum pada KKS sebelum impregnasi pada bilangan gelombang 3421.5 cm-1 merupakan gugus OH selulosa KKS yang diperkuat adanya serapan 1045.3 cm-1. serapan pada daerah 1608.5 cm-1 menunjukkan adanya C-C selulosa. Serapan pada 1245.9 merupakan serapan khas C-O bentuk cincin selulosa. Serapan pada 2927.7 cm-1 merupakan serapan khas C-H streching yang diperkuat serapan pada 1326.4 dan 1423.4 cm-1.
KKS hasil impregnasi diesktraksi dengan n-Heksana menunjukkan adanya perbedaan serapan dengan KKS sebelum impregnasi di mana terjadi perubahan intensitas gugus OH KKS. Pada daerah 3421.5 menjadi 3425.3 cm-1, hal ini karena ikatan –H antar molekul bertambah terus sehingga muncul pita-pita baru dan penurunan intensitas. Demikian juga KKS telah terjadi interaksi –H dari PVC dengan gugus –OH pada KKS pada saat impregnasi sehingga terjadi penurunan intensitasnya. Hal ini didukung bawah bilangan gelombang 3400 cm-1; 3430 cm-1 merupakan bilangan gelombang yang khas gugus hidroksilnya, yakni interaksi intra molekul hidrogen polimer dengan hidroksil.
Demikian juga dengan gugus karbonil pada resin dengan bilangan gelombang 1724.2 cm-1 yang tajam menjadi 1720.4 cm-1 serapan yang kecil pada KKS hasil impregnasi. Dari data ini dapat dinyatakan bahwa ada interaksi kimia antara resin PVC dengan kayu kelapa sawit. Adanya pergeseran bilangan gelombang 2974 – 2912.3 cm-1 yang tajam menjadi 2912.3 serapan kecil dan pergeseran dari 617.2 cm-1 menjadi 613.3 cm-1 menunjukkan adanya impregnasi resin kedalam KKS yang menyebabkan sifat baru dari KKS baik fisik, mekanik maupun kimianya sehingga KKS lebih kuat dengan kualitas yang baik.
Analisa Termal Differensial (DTA) Resin
DTA PVC komersial menunjukkan pada temperature% puncak ini diidentifikasi sebagai temperatur leleh, sebab PVC murni meleleh pada suhu 170oC. karena resin PVC sudah bercampur dengan bahan kimia yang lain. Selain pucak 200oC juga muncul puncak pada temperatur sekitar 265oC. Puncak ini diidentifikasi sebagai temperatur degradasi, sedangkan temperatur terdekomposisi (terbakar) pada sekitar 420oC.
KKS yang mudah terurai. Dari gambar kurva tersebut tampak bahwa KKS sebelum terimpregnasi terdekomposisi pada suhu 415oC, 290oC, 300oC dan 360oC merupakan suhu leleh dri selulosa.
KKS hasil impregnasi ada yang bersifat endoterm dan eksoterm. Pada KKS ini terjadi perubahan titik leleh dari komponen-komponen penyusun KKS tersebut. Titik leleh KKS sebelum impregnasi terdekomposisi pada 360oC, 415oC menjadi 500oC sebagai pengaruh masuknya resin ke dalam KKS. Hal ini membuktikan bahwa KKS telah terimpregnasi oleh resin.
Analisis Difraksi Sinar X Kayu Kelapa Sawit
Dari difraktogram dapat dilihat bahwa KKS sebelum impregnasi yang komponen utamanya selulosa bersifat kristalin. Kristalin polimer dipengaruhi oleh struktur rantai dan jenis ikatan yang terjadi. Adanya ikatan hidrogen antar rantai menyebabkan polimer bersifat kristalin.
Pada KKS awal puncuk pada sudut 20 – 24o dan KKS hasil impregnasi masih ada puncak sekitar 22 -27o dan puncak melebar (setelah terjadi pergeseran puncak), di mana tingginya puncak KKS menurun dan melebar. Jika terjadi impregnasi dari campuran yang bersifat hidrofil ke dalam kayu KKS yang hidrofil maka akan terjadi perubahan bentuk keteraturan sruktur KKS, sehingga mengakibatkan meningkatnya kristalinitas dan juga fleksibilitas KKS menjadi lebih rendah karena rapat massa bertambah tetapi menyebabkan KKS hasil impregnasi menjadi lebih kuat.
Analisis Mikroskop Elektron Payaran (SEM) Kayu Kelapa Sawit
KKS memiliki serat (fibril) dan vascular bundle (bagian yang terang) yang mengelilingi jaringan parenkim (bagian yang gelap) dan jaringan parenkim ini memiliki rongga yang berpori banyak serta besar rongga-rongga dari jaringan parenkim telah terisi resin dan rongga-rongga tersebut telah mengecil.
Dari foto tampak bahwa rongga-rongga dari jaringan parenkim telah tertutupi. Dari kedua gambar dapat disimpulkan bahwa telah terjadi perubahan struktur KKS sehingga dapat dikatakan bahwa impregnasi telah terjadi.
KESIMPULAN
Impregnasi KKS dapat dilakukan dengan resin PVC pada suhu rendah dengan adanya asam akrilat, dan pelarut THF.
Kondisi operasi impregnasi dapat mempengaruhi keefektifan impregnasi pada kondisi tekanan 1 Kg/cm2, waktu = 60 menit dan kadar resin PVC 20% (b/v). Kekuatan KKS hasil impregnasi dengan resin PVC meningkat dari harga MoE dan MoR yang belum dapat diklasifikasikan ke dalm mutu kayu menjadi mutu kayu kelas III dan kelas II menurut SNI (3 3527-1994)
DAFTAR PUSTAKA
Anasagasti, M, M. Hidalgo and C. Mijangos, 1999 “Transesterification and Crosslinking of Poly (vinylchloride-co-vinyl acetate) Copolymers in the Melt”, J. Appl Poly. Sci, 72, 621 – 630.
Baker, R. 1987, “Reactive Antioxidants for Polymer” in Reactive Modifiers for Polymer”, Edisi Pertama, Blackie Academica and Professional, London. Billmeyer, F. W. 1984, “Textbook of Polymer
Science” 3nd ed, John Willey & Sons, New York.
Cowd, M. A, 1991, “Kimia Polimer”, Penerbit Institut Teknologi Bandung, Bandung. Fengel, D., Wagener, G., 1995 “Polimer
Science and Technology”, Inc-Prentice-Hall International, New Jersey, USA. Fessenden dan Fessenden, 1990, “Kimia
Organik I” (3), Erlangga, Jakarta.
Guarrotxena, G. N., and M. J. Millan, 1999, “Local Chain Configuration Dependence of Mechanism of Analogous Reaction of Polyvinyl Chloride”, J. Polymer, 40, 629 – 639.
Kim, Y., Wan – Jei Chno and Chang – Sik Ha 1999 “Dynamic Mechanical and Morphological Studies on the Compatibility of Plasticized PVC/Thermoplastic Polyurethane Blends”, J. Appl. Polym Sci, 71, 415 – 422.
Kirk – Othmer, 1987, “Encyclopedia of Oil Palm Solid Waste Based Industries in Indonesia”, Proceeding of The Third National Seminar Malaysia.
Lubis, A., Guritno, P., 1994, “Prospek Industri dengan Bahan Baku Limbah Padat Kelapa Sawit di Indonesia”, Berita PPKS, 2, 203 – 208.
Prayitno, T. A, dan Darnoko, 1994, “Karakteristik Papan Partikel dari Pohon Kelapa Sawit” Berita PPKS, 2, 211 – 215
Rikson 2001, “Impregnasi Kayu Kelapa Sawit dengan Poliblen Polipropilena/Karet Alam dan Asam Akrilat”, Tesis S2 Kimia PPS – USU, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Schutt, J.H., 1997, “Wood-Filled Thermoplastic Go Comercial”, Plast World, 55, (10), 12.
Seymour, R. B., 1975. “Modern Plastics Technology”, Reston Published, Nederland.
Sjostron, E. 1998. “Kimia Kayu Dasar dan Penggunaan”, Edisi Kedua, UGM Press, Yogyakarta.
Sukatik, 2001, “Impregnasi Kayu Kelapa Sawit dengan Propilena Bekas yang dimodifikasi dengan Asam Akrilat”, Thesis S-2, Kimia PPS – USU.
Tomimura, Y., 1992 “Chemical Characteristics and Utilization of Oil Palm Trunk” JARQ, 25 (4), 283 – 288.
Wirjosentono, B., Abdi Negara S., Sumarno, Tirena A.S dan Syamsul Bachri L. 1995, “Analisis dan Karakterisasi Polimer” USU Press, Medan
Wirjosentono, B., D.Y. Nasution, dan Thamrin 2000, “Pembuatan Kayu Termoplastis dari Batang Kelapa Sawit menggunakan Teknik Impregnasi Reaktif dengan Termoplastik Komersial” Proposal Penelitian DCRG URGE, Universitas Sumatera Utara – Medan.
Wirjosentono, B., dan P. Guritno. 1998. “Utilization of Oil Palm Empty Bunckes as Fillers for Degradable Plastic Packagings” The Proceeding of 1998 International Oil Palm Conference, Bali. YAL Cin ORS. 1999. “Bonding Strength of
Poly (Vinyl-acetate) Based Adhesive in some Word Material Freated with Impregnation”, J. of Polymer Science, 76, 1472 – 1479.
